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WO2015080002A1 - ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法 - Google Patents

ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法 Download PDF

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WO2015080002A1
WO2015080002A1 PCT/JP2014/080680 JP2014080680W WO2015080002A1 WO 2015080002 A1 WO2015080002 A1 WO 2015080002A1 JP 2014080680 W JP2014080680 W JP 2014080680W WO 2015080002 A1 WO2015080002 A1 WO 2015080002A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
perfluoroelastomer
ocf
structural unit
formula
vinyl ether
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2014/080680
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
瑞菜 豊田
宏樹 長井
小野寺 章
武志 山田
裕紀子 服部
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AGC Inc
Original Assignee
Asahi Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Glass Co Ltd filed Critical Asahi Glass Co Ltd
Priority to KR1020167011741A priority Critical patent/KR20160090801A/ko
Priority to CN201480064802.7A priority patent/CN105992777B/zh
Priority to JP2015550889A priority patent/JP6582991B2/ja
Priority to EP14865582.2A priority patent/EP3075752B1/en
Publication of WO2015080002A1 publication Critical patent/WO2015080002A1/ja
Priority to US15/084,719 priority patent/US10023671B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08FMACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F214/00Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen
    • C08F214/18Monomers containing fluorine
    • C08F214/26Tetrafluoroethene
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F216/1408Monomers containing halogen
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    • C08F2/12Polymerisation in non-solvents
    • C08F2/16Aqueous medium
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    • C08F2/24Emulsion polymerisation with the aid of emulsifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C08F214/262Tetrafluoroethene with fluorinated vinyl ethers
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/0008Organic ingredients according to more than one of the "one dot" groups of C08K5/01 - C08K5/59
    • C08K5/0025Crosslinking or vulcanising agents; including accelerators
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
    • C08K5/14Peroxides

Definitions

  • the present invention relates to a perfluoroelastomer, a perfluoroelastomer composition, a crosslinked rubber article, and a method for producing a perfluoroelastomer.
  • Fluoro rubber is excellent in heat resistance, chemical resistance, oil resistance, weather resistance, and the like, and is used in harsh environments where general-purpose rubber cannot be used.
  • Known fluororubbers include vinylidene fluoride / hexafluoropropylene copolymers, tetrafluoroethylene / propylene copolymers, tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymers, and the like.
  • the tetrafluoroethylene / perfluoro (alkyl vinyl ether) copolymer is also called a perfluoroelastomer and has excellent heat resistance and chemical resistance.
  • Patent Document 1 discloses a copolymer of tetrafluoroethylene (hereinafter referred to as “TFE”) and perfluoro (methyl vinyl ether) (hereinafter referred to as “PMVE”). Yes.
  • Patent Document 2 discloses a copolymer of TFE, PMVE, and perfluoro (propyl vinyl ether) (hereinafter referred to as “PPVE”).
  • the perfluoroelastomers described in Patent Documents 1 and 2 do not have sufficient rubber properties at low temperatures.
  • the content of the monomer other than TFE is increased, other properties such as tensile strength and elongation at break are greatly reduced, so that the utility value as rubber is lost. Further, in the production, the polymerization rate becomes slow and the productivity is lowered.
  • the present invention provides a perfluoroelastomer, a perfluoroelastomer composition, a crosslinked rubber article, and a method for producing a perfluoroelastomer that has excellent low-temperature characteristics, does not lose its utility value as a rubber, and does not cause a decrease in productivity. With the goal.
  • the present invention provides a perfluoroelastomer, a perfluoroelastomer composition, a crosslinked rubber article, and a method for producing a perfluoroelastomer having the following configurations [1] to [10].
  • CF 2 CFOR f1 (1)
  • R f1 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • CF 2 CF (OCF 2 CF 2 ) n- (OCF 2 ) m -OR f2 (2)
  • R f2 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 0 to 3
  • m is an integer of 0 to 4.
  • N + m is an integer of 1 to 7.
  • the content of the structural unit (a) is 40 to 70 mol% with respect to the total number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b), and the structural unit (c), and the structural unit (b)
  • the perfluorooxaalkyl vinyl ether represented by the formula (2) is CF 2 ⁇ CFOCF 2 CF 2 OCF 2 OCF 2 OCF 2 OCF 2 OCF 3 , CF 2 ⁇ CFOCF 2 CF 2 OCF 2 OCF 2 OCF 3 , and
  • the perfluoroelastomer according to any one of [1] to [3], which is at least one selected from the group consisting of CF 2 CFOCF 2 CF 2 OCF 2 CF 2 OCF 2 CF 3 .
  • a perfluoroelastomer composition comprising the perfluoroelastomer according to any one of [1] to [4] and a crosslinking agent.
  • a crosslinked rubber article obtained by crosslinking the perfluoroelastomer according to any one of [1] to [4] or the perfluoroelastomer composition according to [5].
  • a method for producing a perfluoroelastomer A method for producing a perfluoroelastomer.
  • CF 2 CFOR f1 (1)
  • R f1 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • CF 2 CF (OCF 2 CF 2 ) n- (OCF 2 ) m -OR f2 (2)
  • R f2 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 0 to 3
  • m is an integer of 0 to 4.
  • N + m is an integer of 1 to 7.
  • a perfluoroelastomer a perfluoroelastomer composition, a crosslinked rubber article, and a method for producing a perfluoroelastomer that are excellent in low temperature characteristics, do not lose utility value as rubber, and do not cause a decrease in productivity.
  • perfluorooxaalkyl group refers to a perfluoroalkyl group having one or more etheric oxygen atoms between carbon-carbon atoms in the perfluoroalkyl group.
  • perfluoroalkyl vinyl ether is referred to as “PAVE”
  • perfluorooxaalkyl vinyl ether is referred to as “POAVE”.
  • the perfluoroelastomer of the present invention comprises a structural unit (a) based on TFE, a structural unit (b) based on PAVE represented by the following formula (1), and a structural unit (c) based on POAVE represented by the following formula (2).
  • CF 2 CFOR f1 (1)
  • R f1 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • CF 2 CF (OCF 2 CF 2 ) n- (OCF 2 ) m -OR f2 (2)
  • R f2 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 0 to 3
  • m is an integer of 0 to 4.
  • N + m is an integer of 1 to 7.
  • the structural unit (a) is a structural unit based on TFE.
  • the structural unit (b) is a structural unit based on PAVE represented by the following formula (1).
  • CF 2 CFOR f1 (1)
  • R f1 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 10 carbon atoms.
  • the carbon number of R f1 is preferably 1 to 5, and more preferably 1 to 3. If it is this range, the productivity of a perfluoroelastomer will improve.
  • PAVE examples include PMVE, perfluoroethyl vinyl ether (hereinafter referred to as “PEVE”), PPVE, perfluorobutyl vinyl ether, and the like.
  • PEVE perfluoroethyl vinyl ether
  • PPVE perfluorobutyl vinyl ether
  • PMVE, PEVE, and PPVE are preferable from the viewpoint of productivity.
  • the structural unit (c) is a structural unit based on POAVE represented by the following formula (2).
  • CF 2 CF (OCF 2 CF 2 ) n- (OCF 2 ) m -OR f2 (2)
  • R f2 is a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 4 carbon atoms
  • n is an integer of 0 to 3
  • m is an integer of 0 to 4.
  • N + m is an integer of 1 to 7.
  • R f2 is preferably a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
  • R f2 and n and m are in the above ranges, the low temperature characteristics of the perfluoroelastomer are further improved, and the productivity of the perfluoroelastomer is improved.
  • POAVE1, POAVE2, and POAVE3 are preferable.
  • the content of the structural unit (a) with respect to the total number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b), and the structural unit (c) is preferably 40 to 70 mol%, more preferably 50 to 70 mol%, ⁇ 70 mol% is most preferred. Further, the content of the structural unit (b) with respect to the total number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b) and the structural unit (c) is preferably 3 to 57 mol%, more preferably 5 to 57 mol%. 10 to 40 mol% is most preferable.
  • the content of the structural unit (c) with respect to the total number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b), and the structural unit (c) is preferably 3 to 57 mol%, more preferably 5 to 57 mol%. 10 to 40 mol% is most preferable.
  • the perfluoroelastomer is further excellent in low-temperature characteristics, and more excellent in heat resistance and chemical resistance. Become a thing.
  • the perfluoroelastomer of the present invention may have a structural unit based on a monomer other than the structural unit based on TFE, PAVE, and POAVE (hereinafter referred to as “other monomer”).
  • other monomer examples include structural units (d) and structural units (e) described below.
  • the structural unit (d) is a structural unit based on perfluorodivinyl ether (hereinafter referred to as “PDVE”) represented by the following formula (3).
  • PDVE perfluorodivinyl ether
  • R f3 represents a linear or branched perfluoroalkylene group or perfluorooxaalkylene group having 1 to 25 carbon atoms.
  • the content ratio of the structural unit (d) to the sum of the number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b), and the structural unit (c) is preferably 0.01 to 5 mol%, and 0.01 to 2 mol%. Is more preferable. When the content ratio of the structural unit (d) is within this range, the perfluoroelastomer is more excellent in heat resistance and chemical resistance.
  • the content ratio of the structural unit (e) to the sum of the number of moles of the structural unit (a), the structural unit (b), and the structural unit (c) is preferably 0.01 to 5 mol%, and preferably 0.01 to 3 mol%. Is more preferable.
  • the perfluoroelastomer has a better crosslinkability, and more excellent heat resistance and chemical resistance.
  • the side chain and terminal of the perfluoroelastomer of the present invention may be bonded to iodine atoms.
  • the content of iodine atoms is preferably 0.01 to 1.5% by mass, more preferably 0.01 to 1.0% by mass in the perfluoroelastomer. Within this range, the perfluoroelastomer is excellent in crosslinkability, and the crosslinked rubber article is excellent in heat resistance and chemical resistance.
  • the perfluoroelastomer of the present invention is obtained by copolymerizing TFE, PAVE, POAVE, and optionally other monomers.
  • a radical polymerization method is preferred.
  • radical polymerization initiation sources include radical polymerization initiators, redox polymerization initiators, heating, and ionizing radiation irradiation.
  • a radical polymerization initiator is preferable from the viewpoint of excellent perfluoroelastomer productivity.
  • radical polymerization initiator A well-known thing is used suitably for a radical polymerization initiator.
  • the radical polymerization initiator include water-soluble initiators, and specific examples thereof include persulfates such as ammonium persulfate, sodium persulfate, and potassium persulfate; hydrogen peroxide; disuccinic acid peroxide, diglutaric acid peroxide.
  • Water-soluble organic peroxides such as tert-butylhydroxyperoxide; organic initiators such as azobisisobutylamidine dihydrochloride.
  • a redox initiator comprising a combination of persulfates or hydrogen peroxide and a reducing agent such as sodium bisulfite and sodium thiosulfate; a system in which a small amount of iron, ferrous salt, silver sulfate, etc. coexist And inorganic initiators.
  • the radical polymerization initiator used in the emulsion polymerization described later is preferably a water-soluble initiator.
  • the amount of the radical polymerization initiator used is preferably 0.0001 to 5% by mass, and more preferably 0.001 to 2% by mass with respect to the mass of the produced perfluoroelastomer.
  • Chain transfer agent When a radical polymerization initiator is used for initiation of polymerization, it is preferably carried out in the presence of a chain transfer agent.
  • Chain transfer agents include alcohols such as methanol and ethanol; chlorofluorohydrocarbons such as 1,3-dichloro-1,1,2,2,3-pentafluoropropane and 1,1-dichloro-1-fluoroethane Hydrocarbons such as pentane, hexane and cyclohexane; R f4 I 2 (R f4 is a linear or branched polyfluoroalkylene group having 1 to 16 carbon atoms); R f4 IBr (where R f4 is the R f4 is the same as I 2 of R f4);.
  • R f4 I 2 is preferable because the perfluoroelastomer is excellent in crosslinkability and the crosslinked rubber article is excellent in physical properties.
  • R f4 is more preferably a perfluoroalkylene group.
  • R f4 I 2 include 1,4-diiodoperfluorobutane, 1,6-diiodoperfluorohexane, 1,8-diiodoperfluorooctane, and the like.
  • 1,4-diiodoperfluorobutane is preferable from the viewpoint of excellent polymerization reactivity.
  • the amount of chain transfer agent used is appropriately set based on the chain transfer constant of the chain transfer agent used.
  • R f4 I 2 it is preferably 0.01 to 5% by mass, more preferably 0.05 to 2% by mass with respect to the mass of the produced perfluoroelastomer.
  • Polymerization method examples include emulsion polymerization, solution polymerization, suspension polymerization, bulk polymerization, and the like. Among these, emulsion polymerization is preferable from the viewpoints of adjustment of molecular weight and copolymer composition and excellent productivity.
  • Emulsion polymerization is carried out in the presence of an aqueous medium and an emulsifier.
  • the aqueous medium include water, a mixture of water and a water-soluble organic solvent, and the like.
  • the water-soluble organic solvent include tert-butanol, propylene glycol, dipropylene glycol, dipropylene glycol monomethyl ether, and tripropylene glycol. Of these, tert-butanol and dipropylene glycol monomethyl ether are preferred because the polymerization rate of the monomer does not decrease.
  • the aqueous medium contains a water-soluble organic solvent
  • the dispersibility of the monomer and the dispersibility of the generated perfluoroelastomer are excellent, and the productivity of the perfluoroelastomer is excellent.
  • the content of the water-soluble organic solvent is preferably 1 to 40 parts by mass and more preferably 3 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of water.
  • emulsifiers are appropriately used.
  • Specific examples of the emulsifier include an anionic emulsifier, a nonionic emulsifier, and a cationic emulsifier.
  • an anionic emulsifier is preferable because the mechanical and chemical stability of the latex is more excellent.
  • anionic emulsifier examples include hydrocarbon emulsifiers such as sodium lauryl sulfate and sodium dodecylbenzenesulfonate; ammonium perfluorooctanoate, sodium perfluorooctanoate, ammonium perfluorohexanoate, general formula F (CF 2 ) n O (CF (X) CF 2 O) m CF (Y) COOA (X and Y are each independently a fluorine atom or a linear or branched perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, A is a hydrogen atom, an alkali metal, Or NH 4 , n is an integer of 2 to 10, and m is 0 or an integer of 1 to 3).
  • hydrocarbon emulsifiers such as sodium lauryl sulfate and sodium dodecylbenzenesulfonate
  • ammonium perfluorooctanoate sodium perfluorooc
  • ammonium perfluorooctanoate C 2 F 5 OCF 2 CF 2 OCF 2 COONH 4, F (CF 2) 4 OCF 2 CF 2 OCF 2 COONH 4, F (CF 2) 3 OCF 2 CF 2 OCF 2 COONH 4 is preferred.
  • the amount of the emulsifier used is preferably 0.01 to 15 parts by mass, more preferably 0.1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aqueous medium.
  • a latex containing a perfluoroelastomer can be obtained.
  • the perfluoroelastomer can be separated from the latex by agglomeration.
  • the aggregating method include metal salt addition, addition of inorganic acid such as hydrochloric acid, mechanical shearing, freeze thawing and the like.
  • the polymerization conditions for radical polymerization are appropriately selected depending on the monomer composition and the decomposition temperature of the radical polymerization initiator.
  • the polymerization pressure is preferably from 0.1 to 20 MPaG, more preferably from 0.3 to 10 MPaG, and most preferably from 0.3 to 5 MPaG.
  • the polymerization temperature is preferably 0 to 100 ° C, more preferably 10 to 90 ° C, and most preferably 20 to 80 ° C.
  • the polymerization time is preferably 1 to 72 hours, more preferably 1 to 24 hours, and most preferably 1 to 12 hours.
  • the perfluoroelastomer composition of the present invention contains the above-mentioned perfluoroelastomer and a crosslinking agent. Moreover, the perfluoroelastomer composition may contain a crosslinking aid, other blending, and the like.
  • Crosslinking agent examples include organic peroxides, polyols, amines, and triazines. Among these, organic peroxides are preferable from the viewpoint of excellent productivity, heat resistance, and chemical resistance of the crosslinked rubber article.
  • organic peroxide examples include ditert-butyl peroxide, tert-butylcumyl peroxide, dicumyl peroxide, ⁇ , ⁇ -bis (tert-butylperoxy) -p-diisopropylbenzene, 2,5-dimethyl- Dialkyl peroxides such as 2,5-di (tert-butylperoxy) hexane and 2,5-dimethyl-2,5-di (tert-butylperoxy) hexane-3, 1,1-di (tert-butylperoxy) -3,3,5-trimethylcyclohexane, 2,5-dimethylhexane-2,5-dihydroperoxide, benzoyl peroxide, tert-butylperoxybenzene, 1,3-bis (tert-butylperoxyisopropyl) benzene, 2,5 -Dimethyl-2,5-di (benzoyl)
  • the blending amount of the crosslinking agent is preferably 0.3 to 10 parts by mass, more preferably 0.3 to 5 parts by mass, and most preferably 0.5 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the perfluoroelastomer. If it is this range, the bridge
  • the perfluoroelastomer composition preferably further contains a crosslinking aid in addition to the crosslinking agent.
  • a crosslinking aid is blended, the crosslinking efficiency becomes higher.
  • Specific examples of the crosslinking aid include triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, trimethallyl isocyanurate, 1,3,5-triacryloylhexahydro-1,3,5-triazine, triallyl trimellitate, m -Phenylenediamine bismaleimide, p-quinone dioxime, p, p'-dibenzoylquinone dioxime, dipropargyl terephthalate, diallyl phthalate, N, N ', N ", N'''-tetraallyl terephthalamide, Examples include vinyl group-containing siloxane oligomers (polymethylvinylsiloxane, polymethylphenylvinylsiloxane, etc.
  • triallyl cyanurate, triallyl isocyanurate, and trimethallyl isocyanurate are preferable, and triallyl isocyanurate is more preferable.
  • the blending amount of the crosslinking aid is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the perfluoroelastomer. If it is this range, the crosslinked physical property excellent in the balance of intensity
  • the perfluoroelastomer composition may contain a metal oxide as required. If a metal oxide is mix
  • Specific examples of the metal oxide include oxides of divalent metals such as magnesium oxide, calcium oxide, zinc oxide and lead oxide.
  • the compounding amount of the metal oxide is preferably 0.1 to 10 parts by mass, more preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the perfluoroelastomer. If it is this range, the crosslinked physical property excellent in the balance of intensity
  • the perfluoroelastomer composition may contain pigments, fillers, reinforcing materials and the like for coloring.
  • the filler or reinforcing material include carbon black, titanium oxide, silicon dioxide, clay, talc, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl fluoride, polychlorotrifluoroethylene, and ethylene tetrafluoride / ethylene.
  • examples thereof include copolymers, ethylene tetrafluoride / propylene copolymers, ethylene tetrafluoride / vinylidene fluoride copolymers, and the like.
  • the perfluoroelastomer composition of the present invention is obtained by mixing the above-mentioned perfluoroelastomer with the above-mentioned cross-linking agent, and, if necessary, the above-mentioned cross-linking aid and other above-mentioned by a kneading method using a known kneading apparatus such as a two-roll, kneader or Banbury mixer. It is obtained by kneading and blending the blend.
  • the crosslinked rubber article of the present invention is obtained by crosslinking the above-mentioned perfluoroelastomer or perfluoroelastomer composition.
  • the crosslinked rubber article include a crosslinked rubber sheet, an O-ring, a sheet gasket, an oil seal, a diaphragm, a V-ring, a semiconductor device sealing material, a chemical-resistant sealing material, a paint, and a wire coating material.
  • the tensile strength is preferably 2 to 14 MPa, more preferably 6 to 9 MPa.
  • the elongation at break is preferably 300 to 500%, more preferably 350 to 450%.
  • the glass transition point is preferably ⁇ 30 to 0 ° C., more preferably ⁇ 25 to ⁇ 10 ° C.
  • the crosslinked rubber article of the present invention can be obtained by appropriately molding and crosslinking the above-mentioned perfluoroelastomer composition by a known method.
  • the crosslinking method include a method using heating and a method using ionizing radiation irradiation.
  • the molding method include injection molding, extrusion molding, coextrusion molding, blow molding, compression molding, inflation molding, transfer molding, and calendar molding.
  • a specific method for producing a crosslinked rubber article by heat crosslinking includes, for example, a hot press molding method.
  • a hot press molding method a heated mold is used, a cavity of a mold having a target shape is filled with a perfluoroelastomer composition, and the crosslinking is performed simultaneously with molding by heating (referred to as hot press crosslinking).
  • the heating temperature is preferably 130 to 220 ° C, more preferably 140 to 200 ° C, and most preferably 150 to 180 ° C.
  • the crosslinked rubber article obtained by hot press crosslinking (also referred to as primary crosslinking) is further heated in an oven or the like using electricity, hot air, steam or the like as a heat source, if necessary. It is also preferable to advance the crosslinking (also referred to as secondary crosslinking).
  • the temperature during secondary crosslinking is preferably 150 to 280 ° C., more preferably 180 ° C. to 260 ° C., and most preferably 200 to 250 ° C.
  • the secondary crosslinking time is preferably 1 to 48 hours, more preferably 4 to 24 hours. Sufficient secondary crosslinking improves the crosslinked rubber properties of the crosslinked rubber article.
  • the peroxide residue contained in the crosslinked rubber article is decomposed and volatilized to be reduced.
  • the hot press molding method is preferably applied to molding of a sealing material or the like.
  • Examples of the ionizing radiation in the method using ionizing radiation irradiation include electron beams and ⁇ rays.
  • a method in which a perfluoroelastomer or a perfluoroelastomer composition is previously formed into a target shape and then crosslinked by irradiation with ionizing radiation is preferable.
  • a perfluoroelastomer or a suspension solution in which a perfluoroelastomer composition is dissolved and dispersed in a suitable solvent is applied and dried to form a coating film, or a perfluoroelastomer or perfluoroelastomer composition is extruded to form a hose.
  • a method of forming the wire into a shape of an electric wire is appropriately set. 1 to 300 kGy is preferable, and 10 to 200 kGy is more preferable.
  • the perfluoroelastomer of this invention has a low glass transition point by having combining a structural unit (a), a structural unit (b), and a structural unit (c). Therefore, the present invention has the effect of being excellent in low temperature characteristics. Although this effect is not fully clarified, in the structural unit (c), it is exhibited by the presence of ether bonds at predetermined intervals in the perfluorooxaalkyl group in the formula (2). Conceivable.
  • the structural unit (c) since the structural unit (c) is not included, the deterioration of properties such as tensile strength and elongation at break when the content ratio of the structural unit (b) is high is suppressed, The utility value as rubber
  • the total mass (A + B) of the mass (A) of the structural unit based on TFE and the mass (B) of the structural unit based on PAVE in the perfluoroelastomer is obtained. It was. (A + B) coincided with the total mass of TFE and PAVE that were injected after the start of polymerization as the polymerization progressed after the polymerization started. This means that the mass ratio (A: B: C) of the structural units in the perfluoroelastomer is equal to “mass of TFE injected after the start of polymerization: mass of PAVE injected after the start of polymerization: (C)”. To do.
  • Glass-transition temperature A thermal analyzer (manufactured by Seiko Instruments Inc., TMA6100) was used, and the thermal expansion coefficient of the perfluoroelastomer composition was measured under conditions of a heating rate of 1 ° C./min and a load of 5 g. The inflection point of the thermal expansion coefficient was defined as the glass transition temperature (° C.).
  • Example 1> After degassing a stainless steel pressure-resistant reactor having an internal volume of 2100 mL equipped with anchor blades, 900 g of ion exchange water, 60 g of a 30% solution of C 2 F 5 OCF 2 CF 2 OCF 2 COONH 4 , 123 g of POAVE1, phosphorus 1.6 g of disodium oxyhydrogen hydrate-12 hydrate and 0.57 g of 1,4-diiodoperfluorobutane were charged, and the gas phase was replaced with nitrogen. While stirring at a speed of 600 rpm using an anchor blade, the inner temperature was 80 ° C., and 15 g of TFE and 38 g of PMVE were press-fitted into the container.
  • the reactor internal pressure was 0.5 MPa. 5 ml of a 2.5% by weight aqueous solution of ammonium persulfate was added to initiate the polymerization.
  • initial monomer a monomer injected before the start of polymerization
  • TFE was injected when the reactor internal pressure decreased to 0.45 MPa, and the reactor internal pressure was increased to 0.5 MPa. This was repeated, and 7.5 g of POAVE1 was also injected every time 8 g of TFE was injected. Also, every time 16 g of TFE was injected, 7 g of PMVE was also injected.
  • post-added monomer the addition of the monomer (hereinafter abbreviated as “post-added monomer”) after the start of polymerization was stopped, the reactor internal temperature was cooled to 10 ° C., and the polymerization reaction And a latex containing a perfluoroelastomer was obtained. The polymerization time was 4.5 hours.
  • Latex was added to a 5% by mass aqueous solution of potassium aluminum sulfate to aggregate and separate the perfluoroelastomer.
  • the perfluoroelastomer was filtered, washed with ultrapure water, and vacuum dried at 50 ° C. to obtain 154 g of a white perfluoroelastomer.
  • Example 2 232 g of a white perfluoroelastomer was obtained in the same manner as in Example 1 except that POAVE2 was used instead of POAVE1 and the addition ratio (molar ratio) of the initial monomer and post-added monomer was changed as shown in Table 1. .
  • the polymerization time was 4.4 hours.
  • Example 3 132 g of a white perfluoroelastomer was obtained in the same manner as in Example 1 except that POAVE3 was used instead of POAVE1 and the addition ratio (molar ratio) of the initial monomer and post-added monomer was changed as shown in Table 1. .
  • the polymerization time was 4.4 hours.
  • Example 4 160 g of white perfluoroelastomer was obtained in the same manner as in Example 1 except that POAVE3 was used instead of POAVE1 and the addition ratio (molar ratio) of the initial monomer and post-added monomer was changed as shown in Table 1. .
  • the polymerization time was 4.5 hours.
  • CF 2 CFOCF 2 CF 2 CF 2 OCF 3 (hereinafter referred to as “POAVE 4”) was used instead of POAVE 1 and the addition ratio (molar ratio) of the initial monomer and post-added monomer was changed as shown in Table 1.
  • POAVE 4 addition ratio
  • TFE was injected when the reactor internal pressure decreased to 0.45 MPa, and the reactor internal pressure was increased to 0.5 MPa. This was repeated, and 7 g of PMVE was injected every 8 g of TFE.
  • the total amount of TFE added reached 64 g, the addition of post-added monomer was stopped, the reactor internal temperature was cooled to 10 ° C., the polymerization reaction was stopped, and a latex containing a perfluoroelastomer was obtained.
  • the polymerization time was 6.5 hours.
  • the total added mass of the post-added monomers is 100 g for TFE and 85 g for PMVE.
  • TFE: PMVE 66: 34 (see Table 1).
  • Example 1 The subsequent procedure was performed in the same manner as in Example 1 to obtain 185 g of a white perfluoroelastomer.
  • Table 1 shows the types and addition ratios of the monomers used and the evaluation results for Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 described above.
  • the perfluoroelastomer of Comparative Example 1 having a structural unit based on POAVE4 not belonging to POAVE represented by the formula (2) becomes a gel, and the tensile strength, elongation at break, and glass transition temperature are measured. could not.
  • the perfluoroelastomers of Examples 1 to 4 having the structural unit (c) based on POAVEs 1 to 3 belonging to POAVE represented by the formula (2) are compared with Comparative Example 2 that does not have the structural unit (c). The tensile strength was low, the elongation at break was high, and the glass transition temperature was low.
  • the perfluoroelastomer of the present invention can be used for ordinary rubber products, it is excellent in low temperature characteristics, and in particular, O-rings, sheet gaskets, oil seals, diaphragms, V-rings used in low temperature environments. It can use suitably for etc. Moreover, it can be used suitably also for the sealing material for semiconductor devices, a chemical-resistant sealing material, a coating material, a wire coating material, etc.
  • the entire contents of the specification, claims, and abstract of Japanese Patent Application No. 2013-243731 filed on November 26, 2013 are incorporated herein as the disclosure of the specification of the present invention. It is.

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Abstract

 低温特性に優れ、ゴムとしての利用価値を失わず、生産性の低下を引き起こさない、ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法の提供。 テトラフルオロエチレンに基づく構成単位(a)、式(1)で表わされるペルフルオロアルキルビニルエーテル(例えば、ペルフルオロメチルビニルエーテル)に基づく構成単位(b)、及び式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテル(例えば、CF=CFOCFCFOCFCFOCFCF)に基づく構成単位(c)を含有するペルフルオロエラストマー。

Description

ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法
 本発明は、ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法に関する。
 フッ素ゴムは、耐熱性、耐薬品性、耐油性、耐候性等に優れ、汎用ゴムが使用できない過酷な環境下の用途に使用されている。
 公知のフッ素ゴムとしては、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレン系共重合体、テトラフルオロエチレン/プロピレン系共重合体、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)系共重合体等が挙げられる。中でも、テトラフルオロエチレン/ペルフルオロ(アルキルビニルエーテル)系共重合体は、ペルフルオロエラストマーとも称され、耐熱性や耐薬品性に優れている。
 公知のペルフルオロエラストマーとしては、例えば、特許文献1に、テトラフルオロエチレン(以下、「TFE」という。)とペルフルオロ(メチルビニルエーテル)(以下、「PMVE」という。)との共重合体が開示されている。
 また、特許文献2に、TFEとPMVEとペルフルオロ(プロピルビニルエーテル)(以下、「PPVE」という。)との共重合体が開示されている。
特公昭53-4115号公報 特許第4640021号公報
 特許文献1,2に記載のペルフルオロエラストマーは、低温でのゴム物性が充分ではない。これを解決するために、例えば、TFE以外のモノマーの含有割合を上げる方法が挙げられる。
 しかし、TFE以外のモノマーの含有割合を上げると、引張強さ及び破断伸び等の他の特性が大きく低下するため、ゴムとしての利用価値を失う。また、製造においては、重合速度が遅くなり、生産性が低下する。
 そこで、本発明は、低温特性に優れ、ゴムとしての利用価値を失わず、生産性の低下を引き起こさない、ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法を提供することを目的とする。
 本発明は、以下の[1]~[10]の構成を有する、ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法を提供する。
[1]テトラフルオロエチレンに基づく構成単位(a)、下記式(1)で表わされるペルフルオロアルキルビニルエーテルに基づく構成単位(b)、及び下記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルに基づく構成単位(c)を有することを特徴とするペルフルオロエラストマー。
 CF=CFORf1 ・・・(1)
[前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
 CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
[前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
[2]構成単位(a)、構成単位(b)及び構成単位(c)の合計モル数に対して、構成単位(a)の含有量が40~70モル%であり、構成単位(b)の含有量が3~57モル%であり、構成単位(c)の含有量が3~57モル%である、[1]に記載のペルフルオロエラストマー。
[3]前記式(2)において、Rf2が炭素数1~3の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、n=0のときm=3又は4、n=1のときm=2~4、n=2又は3のときm=0、である[1]又は[2]に記載のペルフルオロエラストマー。
[4]前記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルが、CF=CFOCFCFOCFOCFOCFOCFOCF、CF=CFOCFCFOCFOCFOCF、及びCF=CFOCFCFOCFCFOCFCFからなる群から選択される1種以上である、[1]~[3]のいずれかに記載のペルフルオロエラストマー。
[5][1]~[4]のいずれかに記載のペルフルオロエラストマー及び架橋剤を含有するペルフルオロエラストマー組成物。
[6][1]~[4]のいずれかに記載のペルフルオロエラストマー又は[5]に記載のペルフルオロエラストマー組成物を架橋してなる架橋ゴム物品。
[7]ラジカル重合開始剤の存在下で、原料としてテトラフルオロエチレンと下記式(1)で表わされるペルフルオロアルキルビニルエーテルと下記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルとをラジカル共重合させる工程を有する、ペルフルオロエラストマーの製造方法。
 CF=CFORf1 ・・・(1)
[前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
 CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
[前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
[8]前記ラジカル共重合は、Rf4(Rf4は炭素数1~16の直鎖状又は分岐状のポリフルオロアルキレン基である。)で表わされる連鎖移動剤の存在下で行われる、[7]に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
[9]前記ラジカル共重合が、水性媒体及び乳化剤の存在下で行われる乳化重合である、[7]又は[8]に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
[10]前記連鎖移動剤が、1,4-ジヨードペルフルオロブタンである、[8]又は[9]に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
 本発明によれば、低温特性に優れ、ゴムとしての利用価値を失わず、生産性の低下を引き起こさない、ペルフルオロエラストマー、ペルフルオロエラストマー組成物、架橋ゴム物品、及びペルフルオロエラストマーの製造方法を提供できる。
 本明細書においては、モノマーが重合することで直接形成される繰り返し単位と、モノマーの重合によって形成される繰り返し単位の置換基の一部乃至全部を他の置換基に化学変換することで形成される単位とを、総称して「構成単位」という。
 ペルフルオロオキサアルキル基とは、ペルフルオロアルキル基中の炭素-炭素原子間に1個以上のエーテル性酸素原子を有するペルフルオロアルキル基をいう。
 以下、ペルフルオロアルキルビニルエーテルを「PAVE」といい、ペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルを「POAVE」という。
<ペルフルオロエラストマー>
 本発明のペルフルオロエラストマーは、TFEに基づく構成単位(a)、下記式(1)で表わされるPAVEに基づく構成単位(b)、及び下記式(2)で表わされるPOAVEに基づく構成単位(c)を有する。
 CF=CFORf1 ・・・(1)
[前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
 CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
[前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
(構成単位(a))
 構成単位(a)は、TFEに基づく構成単位である。
(構成単位(b))
 構成単位(b)は、下記式(1)で表わされるPAVEに基づく構成単位である。
 CF=CFORf1 ・・・(1)
[前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
 なお、Rf1の炭素数は、1~5が好ましく、1~3がより好ましい。この範囲であれば、ペルフルオロエラストマーの生産性が向上する。
 PAVEの具体例としては、PMVE、ペルフルオロエチルビニルエーテル(以下、「PEVE」という。)、PPVE、ペルフルオロブチルビニルエーテル等が挙げられる。中でも、生産性の点から、PMVE、PEVE、PPVEが好ましい。
(構成単位(c))
 構成単位(c)は、下記式(2)で表わされるPOAVEに基づく構成単位である。
 CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
[前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
 なお、Rf2は、炭素数1~3の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であることが好ましい。
 また、nとmは、n=0のときm=3,4、n=1のときm=2~4、n=2,3のときm=0であることが好ましく、n=1であってm=2~4、又はn=2であってm=0であることがより好ましい。
 Rf2、及びnとmが以上の範囲であれば、ペルフルオロエラストマーの低温特性がさらに優れたものとなり、また、ペルフルオロエラストマーの生産性が向上する。
 式(2)で表わされるPOAVEの具体例としては、CF=CFOCFCFOCFOCFOCFOCFOCF(以下、「POAVE1」という。)、CF=CFOCFCFOCFOCFOCF(以下、「POAVE2」という。)、CF=CFOCFCFOCFCFOCFCF(以下、「POAVE3」という。)、CF=CFOCFOCF、CF=CFOCFOCFOCF等が挙げられる。中でも、POAVE1、POAVE2、及びPOAVE3が好ましい。
(構成単位(a)、(b)、(c)の含有量)
 構成単位(a)、構成単位(b)、構成単位(c)の合計モル数に対する構成単位(a)の含有量は、40~70モル%が好ましく、50~70モル%がより好ましく、55~70モル%が最も好ましい。
 また、構成単位(a)、構成単位(b)、構成単位(c)の合計モル数に対する構成単位(b)の含有量は、3~57モル%が好ましく、5~57モル%がより好ましく、10~40モル%が最も好ましい。
 また、構成単位(a)、構成単位(b)、構成単位(c)の合計モル数に対する構成単位(c)の含有量は、3~57モル%が好ましく、5~57モル%がより好ましく、10~40モル%が最も好ましい。
 構成単位(a)、(b)、(c)の含有量がこれらの範囲であれば、ペルフルオロエラストマーは、低温特性がさらに優れたものになり、また、耐熱性及び耐薬品性がより優れたものになる。
(他のモノマーに基づく構成単位)
 本発明のペルフルオロエラストマーには、TFE、PAVE及びPOAVEに基づく構成単位以外のモノマー(以下、「他のモノマー」という。)に基づく構成単位を有していてもよい。他のモノマーに基づく構成単位としては、例えば、以下に説明する構成単位(d)及び構成単位(e)等が挙げられる。
構成単位(d):
 構成単位(d)は、下記式(3)で表わされるペルフルオロジビニルエーテル(以下、「PDVE」という。)に基づく構成単位である。
 CF=CFORf3OCF=CF ・・・(3)
[式(3)中、Rf3は炭素数1~25の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキレン基又はペルフルオロオキサアルキレン基を示す。]
 中でも、CF=CFO(CFOCF=CFに基づく構成単位が好ましい。
 ペルフルオロエラストマーが前記式(3)で表わされるPDVEに基づく構成単位(d)を有すれば、架橋性、耐熱性、耐薬品性がより優れたものになる。
 構成単位(a)と構成単位(b)と構成単位(c)のモル数の和に対する構成単位(d)の含有割合は、0.01~5モル%が好ましく、0.01~2モル%がより好ましい。構成単位(d)の含有割合がこの範囲であれば、ペルフルオロエラストマーは、耐熱性、耐薬品性がより優れたものになる。
構成単位(e):
 構成単位(d)以外の他のモノマーに基づく構成単位としては、ブロモトリフルオロエチレンやヨードトリフルオロエチレン等の、フッ素基及びフッ素以外のハロゲン基を有するモノマー;CF=CFO(CFCNやペルフルオロ(8-シアノ-5-メチル-3,6-ジオキサ-1-オクテン)等の、フッ素基及びニトリル基を有するモノマーに基づく構成単位(e)が挙げられる。
 構成単位(a)と構成単位(b)と構成単位(c)のモル数の和に対する構成単位(e)の含有割合は、0.01~5モル%が好ましく、0.01~3モル%がより好ましい。構成単位(e)の含有割合がこの範囲であれば、ペルフルオロエラストマーは、架橋性がより優れたものとなり、また、耐熱性、耐薬品性がより優れたものになる。
(ヨウ素原子)
 本発明のペルフルオロエラストマーの側鎖や末端は、ヨウ素原子と結合していてもよい。
 ヨウ素原子の含有量は、ペルフルオロエラストマー中に0.01~1.5質量%が好ましく、0.01~1.0質量%がより好ましい。この範囲であれば、ペルフルオロエラストマーは架橋性に優れ、また、架橋ゴム物品は耐熱性、耐薬品性に優れる。
<ペルフルオロエラストマーの製造方法>
 本発明のペルフルオロエラストマーは、TFE、PAVE、POAVE、及び必要により他のモノマーを共重合することにより得られる。
 重合方法としては、ラジカル重合法が好ましい。
 ラジカル重合開始源としては、ラジカル重合開始剤、レドックス重合開始剤、加熱、電離性放射線照射等が挙げられる。中でも、ペルフルオロエラストマーの生産性に優れる点から、ラジカル重合開始剤が好ましい。
(ラジカル重合開始剤)
 ラジカル重合開始剤は、公知のものが適宜用いられる。
 具体的なラジカル重合開始剤としては、水溶性開始剤が好ましく、その具体例としては、過硫酸アンモニウム、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム等の過硫酸類;過酸化水素;ジコハク酸ペルオキシド、ジグルタル酸ペルオキシド、tert-ブチルヒドロキシペルオキシド等の水溶性有機過酸化物;アゾビスイソブチルアミジン二塩酸塩等の有機系開始剤が挙げられる。さらに、過硫酸類又は過酸化水素と、亜硫酸水素ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム等の還元剤との組合せからなるレドックス系開始剤;さらに少量の鉄、第一鉄塩、硫酸銀等を共存させた系の無機系開始剤も挙げられる。
 特に、後述する乳化重合で使用されるラジカル重合開始剤としては、水溶性開始剤が好ましい。
 ラジカル重合開始剤の使用量は、生成したペルフルオロエラストマーの質量に対して0.0001~5質量%が好ましく、0.001~2質量%がより好ましい。
(連鎖移動剤)
 重合開始にラジカル重合開始剤を用いる場合には、連鎖移動剤の存在下で行うのが好ましい。
 連鎖移動剤としては、メタノール、エタノール等のアルコール類;1,3-ジクロロ-1,1,2,2,3-ペンタフルオロプロパン、1,1-ジクロロ-1-フルオロエタン等のクロロフルオロハイドロカーボン;ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン等のハイドロカーボン;Rf4(Rf4は、炭素数1~16の直鎖状又は分岐状のポリフルオロアルキレン基である。);Rf4IBr(該Rf4は、前記Rf4のRf4と同様である。);tert-ドデシルメルカプタン、n-オクタデシルメルカプタン等のメルカプタン類等が挙げられる。
 これらの中でも、ペルフルオロエラストマーが架橋性に優れ、架橋ゴム物品が物性に優れる点から、Rf4が好ましい。Rf4としては、ペルフルオロアルキレン基がより好ましい。
 Rf4としては、例えば、1,4-ジヨードペルフルオロブタン、1,6-ジヨードペルフルオロヘキサン、1,8-ジヨードペルフルオロオクタン等が挙げられる。中でも、重合反応性に優れる点から、1,4-ジヨードペルフルオロブタンが好ましい。
 連鎖移動剤の使用量は、使用する連鎖移動剤の連鎖移動定数に基づき適宜設定される。
 例えば、Rf4を用いる場合は、生成したペルフルオロエラストマーの質量に対して0.01~5質量%が好ましく、0.05~2質量%がより好ましい。
(重合方法)
 重合方法としては、乳化重合、溶液重合、懸濁重合、塊状重合等が挙げられる。中でも、分子量及び共重合組成の調整、生産性に優れる点から、乳化重合が好ましい。
 乳化重合:
 乳化重合は、水性媒体及び乳化剤の存在下で行われる。
 水性媒体としては、水、水と水溶性有機溶媒との混合物等が挙げられる。
 水溶性有機溶媒としては、tert-ブタノール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、トリプロピレングリコール等が挙げられる。中でも、モノマーの重合速度が低下しないという点から、tert-ブタノール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルが好ましい。
 水性媒体が水溶性有機溶媒を含有すると、モノマーの分散性及び生成したペルフルオロエラストマーの分散性に優れ、また、ペルフルオロエラストマーの生産性に優れる。
 水溶性有機溶媒の含有量は、水の100質量部に対して1~40質量部が好ましく、3~30質量部がより好ましい。
 乳化剤は、公知のものが適宜用いられる。
 具体的な乳化剤としては、アニオン性乳化剤、ノニオン性乳化剤、カチオン性乳化剤等が挙げられる。中でも、ラテックスの機械的及び化学的安定性がより優れる点から、アニオン性乳化剤が好ましい。
 アニオン性乳化剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等の炭化水素系乳化剤;ペルフルオロオクタン酸アンモニウム、ペルフルオロオクタン酸ナトリウム、ペルフルオロヘキサン酸アンモニウム、一般式F(CFO(CF(X)CFO)CF(Y)COOA(X及びYは互いに独立にフッ素原子又は炭素原子数1~3の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基、Aは水素原子、アルカリ金属、又はNH、nは2~10の整数、mは0又は1~3の整数である。)で表わされる化合物等の含フッ素系乳化剤が挙げられる。
 F(CFO(CF(X)CFO)CF(Y)COOAで表わされる化合物としては、COCFCFOCFCOONH、F(CFO(CF(CF)CFO)CF(CF)COONH、F(CFOCFCFOCFCOONH、F(CFO(CFCFO)CFCOONH、F(CFOCFCFOCFCOONH、F(CFO(CFCFO)CFCOONH、F(CFOCFCFOCFCOONa、F(CFO(CFCFO)CFCOONa、F(CFOCFCFOCFCOONa、F(CFO(CFCFO)CFCOONa、F(CFOCFCFOCFCOONH、F(CFO(CFCFO)CFCOONH、F(CFOCFCFOCFCOONa、F(CFO(CFCF2O)CFCOONa等が挙げられる。
 これらの中でも、ペルフルオロオクタン酸アンモニウム、COCFCFOCFCOONH、F(CFOCFCFOCFCOONH、F(CFOCFCFOCFCOONHが好ましい。
 乳化剤の使用量は、水性媒体の100質量部に対して0.01~15質量部が好ましく、0.1~10質量部がより好ましい。
 重合方法に乳化重合を採用すれば、ペルフルオロエラストマーを含むラテックスが得られる。ペルフルオロエラストマーは凝集によりラテックスから分離できる。
 凝集方法としては、金属塩の添加、塩酸等の無機酸の添加、機械的剪断、凍結解凍等による方法が挙げられる。
(重合条件)
 ラジカル重合の重合条件は、モノマー組成、ラジカル重合開始剤の分解温度により適宜選択される。
 重合圧力は、0.1~20MPaGが好ましく、0.3~10MPaGがより好ましく、0.3~5MPaGが最も好ましい。
 重合温度は、0~100℃が好ましく、10~90℃がより好ましく、20~80℃が最も好ましい。
 重合時間は、1~72時間が好ましく、1~24時間がより好ましく、1~12時間が最も好ましい。
<ペルフルオロエラストマー組成物>
 本発明のペルフルオロエラストマー組成物は、上述のペルフルオロエラストマー及び架橋剤を含有する。また、ペルフルオロエラストマー組成物は、架橋助剤、その他の配合等を含有していてもよい。
(架橋剤)
 架橋剤としては、有機過酸化物、ポリオール、アミン、トリアジン等が挙げられる。中でも、架橋ゴム物品の生産性、耐熱性、耐薬品性に優れる点から、有機過酸化物が好ましい。
 有機過酸化物の具体例としては、ジtert-ブチルペルオキシド、tert-ブチルクミルペルオキシド、ジクミルペルオキシド、α,α-ビス(tert-ブチルペルオキシ)-p-ジイソプロピルベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン-3等のジアルキルペルオキシド類、1,1-ジ(tert-ブチルペルオキシ)-3,3,5-トリメチルシクロヘキサン、2,5-ジメチルヘキサン-2,5-ジヒドロペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、tert-ブチルペルオキシベンゼン、1,3-ビス(tert-ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5-ジメチル-2,5-ジ(ベンゾイルペルオキシ)ヘキサン、tert-ブチルペルオキシマレイン酸、tert-ブチルペルオキシイソプロピルカーボネート等が挙げられる。中でも、ジアルキルペルオキシド類が好ましい。
 架橋剤の配合量は、ペルフルオロエラストマーの100質量部に対して、0.3~10質量部が好ましく、0.3~5質量部がより好ましく、0.5~3質量部が最も好ましい。この範囲であれば、強度と伸びのバランスに優れた架橋物性が得られる。
(架橋助剤)
 前記ペルフルオロエラストマー組成物は、架橋剤に加え、架橋助剤をさらに配合するのが好ましい。架橋助剤を配合すると、架橋効率がより高くなる。
 架橋助剤の具体例としては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレート、1,3,5-トリアクリロイルヘキサヒドロ-1,3,5-トリアジン、トリアリルトリメリテート、m-フェニレンジアミンビスマレイミド、p-キノンジオキシム、p,p‘-ジベンゾイルキノンジオキシム、ジプロパルギルテレフタレート、ジアリルフタレート、N,N’,N‘’,N‘’‘-テトラアリルテレフタールアミド、ビニル基含有シロキサンオリゴマー(ポリメチルビニルシロキサン、ポリメチルフェニルビニルシロキサン等)等が挙げられる。中でも、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメタリルイソシアヌレートが好ましく、トリアリルイソシアヌレートがより好ましい。
 架橋助剤の配合量は、ペルフルオロエラストマーの100質量部に対して0.1~10質量部が好ましく、0.5~5質量部がより好ましい。この範囲であれば、強度と伸びのバランスに優れた架橋物性が得られる。
(その他の配合)
 前記ペルフルオロエラストマー組成物は、必要に応じて金属酸化物を配合していてもよい。金属酸化物を配合すれば、架橋反応を速やかにかつ確実に進行させることができる。
 金属酸化物の具体例としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛、酸化鉛等の2価金属の酸化物が挙げられる。
 金属酸化物の配合量は、ペルフルオロエラストマーの100質量部に対して0.1~10質量部が好ましく、0.5~5質量部がより好ましい。この範囲であれば、強度と伸びのバランスに優れた架橋物性が得られる。
 前記ペルフルオロエラストマー組成物は、着色させるための顔料、充填剤、補強材等を配合していてもよい。
 充填剤又は補強材の具体例としては、カーボンブラック、酸化チタン、二酸化珪素、クレー、タルク、ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、ポリクロロトリフルオロエチレン、四フッ化エチレン/エチレン共重合体、四フッ化エチレン/プロピレン共重合体、四フッ化エチレン/フッ化ビニリデン共重合体等が挙げられる。
(ペルフルオロエラストマー組成物の製造方法)
 本発明のペルフルオロエラストマー組成物は、2本ロール、ニーダー、バンバリーミキサー等の公知の混練装置を用いる混練方法により、上述のペルフルオロエラストマーに、上記架橋剤、必要により、上記架橋助剤及び上記その他の配合物を混練し、配合することにより得られる。
<架橋ゴム物品>
 本発明の架橋ゴム物品は、上述のペルフルオロエラストマー又はペルフルオロエラストマー組成物を架橋したものである。
 架橋ゴム物品としては、架橋ゴムシート、Oリング、シートガスケット、オイルシール、ダイヤフラム、V-リング、半導体装置用シール材、耐薬品性シール材、塗料、電線被覆材等が挙げられる。
 本発明の架橋ゴム物品の物性としては、引張強さは2~14MPaが好ましく、6~9MPaがより好ましい。また、破断伸びは300~500%が好ましく、350~450%がより好ましい。ガラス転移点は、―30~0℃が好ましく、―25~―10℃がより好ましい。
(架橋ゴム物品の製造方法)
 本発明の架橋ゴム物品は、公知の方法により、上述のペルフルオロエラストマー組成物を適宜成形し、架橋することにより得られる。
 架橋方法としては、加熱による方法、電離性放射線照射による方法等が挙げられる。
 成形方法としては、射出成形、押出成形、共押出成形、ブロー成形、圧縮成型、インフレーション成形、トランスファー成型又はカレンダー成形等が挙げられる。
 ペルフルオロエラストマー組成物が架橋剤として有機過酸化物を含有する場合、加熱による架橋が好ましい。
 加熱架橋による架橋ゴム物品の具体的な製造方法としては、例えば、熱プレス成形法が挙げられる。熱プレス成形法では、加熱した金型を用い、目的の形状を有する金型のキャビティにペルフルオロエラストマー組成物を充填して、加熱することによって成形と同時に架橋(熱プレス架橋という。)を行うことで、架橋ゴム物品が得られる。加熱温度は、好ましくは130~220℃、より好ましくは140~200℃、最も好ましくは150~180℃である。
 また、熱プレス成形法を用いる場合、熱プレス架橋(一次架橋ともいう。)で得られた架橋ゴム物品を、必要により、電気、熱風、蒸気等を熱源とするオーブン等でさらに加熱して、架橋を進行させること(二次架橋ともいう。)も好ましい。二次架橋時の温度は、好ましくは150~280℃、より好ましくは180℃~260℃、最も好ましくは200~250℃である。二次架橋時間は、好ましくは1~48時間、より好ましくは、4~24時間である。充分に二次架橋することにより、架橋ゴム物品の架橋ゴム特性が向上する。また、架橋ゴム物品に含有される過酸化物の残渣が分解、揮散して、低減される。熱プレス成形法は、シール材等の成形に適用することが好ましい。
 電離性放射線照射による方法における電離性放射線としては、電子線、γ線等が挙げられる。電離性放射線照射により架橋する場合には、予め、ペルフルオロエラストマー又はペルフルオロエラストマー組成物を、目的の形状に成形した後、電離性放射線を照射して架橋させる方法が好ましい。成形方法としては、ペルフルオロエラストマー若しくはペルフルオロエラストマー組成物を適当な溶媒中に溶解分散した懸濁溶液を塗布し、乾燥し塗膜とする方法、又はペルフルオロエラストマー若しくはペルフルオロエラストマー組成物を押出し成形し、ホースや電線の形状に成形する方法等が用いられる。電離性放射線の照射量は、適宜設定される。1~300kGyが好ましく、10~200kGyがさらに好ましい。
<本発明による作用効果>
 以上、本発明のペルフルオロエラストマーは、構成単位(a)、構成単位(b)及び構成単位(c)を組合せて有することにより、ガラス転移点が低い。したがって、本発明は低温特性に優れるという作用効果を奏するものである。この作用効果は、充分に明らかにされてはいないものの、構成単位(c)において、前記式(2)中のペルフルオロオキサアルキル基中にエーテル結合が所定間隔で存在することにより発揮されるものと考えられる。
 また、本発明のペルフルオロエラストマーでは、構成単位(c)を含まず、構成単位(b)等の含有割合が高い場合に生じる引張強さ及び破断伸び等の特性の低下が抑えられているため、本発明のペルフルオロエラストマーから得られる架橋ゴム物品のゴムとしての利用価値を失わない。
 また、原料としてTFE、前記式(1)で表わされるPAVE及び前記式(2)で表わされるPOAVEを組合せて用いると重合速度が遅くならないため、本発明によれば、生産性を低下させずにペルフルオロエラストマーを製造できる。
 以下の実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明は本実施例に限定されない。<評価方法>
 ペルフルオロエラストマー中の構成単位(a)と構成単位(b)と構成単位(c)のモル比(以下、「(a):(b):(c)」と表す。)の算出、架橋ゴム物品の物性の測定、及びペルフルオロエラストマーのガラス転移温度の決定は、以下の方法により行った。
((a):(b):(c))
 IR法、NMR法等を用いる通常の分析方法では、ペルフルオロエラストマー中に含まれるPAVEに基づく構成単位とPOAVEに基づく構成単位の質量を分離して測定できなかった。そこで、以下の方法により、ペルフルオロエラストマー中の各構成単位の含有量を算出した。
 ペルフルオロエラストマー中のPOAVEに基づく構成単位の質量(C)は、添加したPOAVEの質量から、重合後回収した未反応のPOAVEの質量を差引くことにより求めた。該重合後回収した未反応のPOAVEの質量は、分析天秤(メトラートレド社製、ML204)を用いて測定した。
 得られたペルフルオロエラストマーの質量から上記(C)を差引くことで、ペルフルオロエラストマー中のTFEに基づく構成単位の質量(A)及びPAVE基づく構成単位の質量(B)の合計質量(A+B)を求めた。
 (A+B)は、重合が開始した後、重合の進行に伴い、重合開始後に圧入したTFE及びPAVEの合計質量と一致していた。このことは、ペルフルオロエラストマー中の構成単位の質量比(A:B:C)は、「重合開始後に圧入したTFEの質量:重合開始後に圧入したPAVEの質量:(C)」に等しいことを意味する。
 したがって、「(a):(b):(c)」は、「重合開始後に圧入したTFEの質量:重合開始後に圧入したPAVEの質量:C」から、各構成単位の分子量を用いて換算し求めた。
(架橋ゴム物品の物性)
 ペルフルオロエラストマーの100質量部、カーボンブラックの10質量部、トリアリルイソシアヌレートの5質量部、2,5-ジメチル-2,5-ジ(tert-ブチルペルオキシ)ヘキサン(日本油脂社製パーヘキサ25B)の1質量部、酸化マグネシウムの3質量部の割合で、2本ロールで混練し、ペルフルオロエラストマー組成物を得た。
 該ペルフルオロエラストマー組成物を150℃で20分間の熱プレスを行った後、250℃のオーブン内で4時間の2次架橋を行い、厚さ2mmの架橋ゴムシートを得た。
 得られた架橋ゴムシートを3号ダンベルで打ち抜き試料を作成し、JIS K6251に準じて引張強さ及び破断伸びを測定した。
(ガラス転移温度)
 熱分析装置(セイコーインスツルメンツ社製、TMA6100)を使用し、昇温速度1℃/分、荷重5gの条件で、ペルフルオロエラストマー組成物の熱膨張係数を測定した。熱膨張係数の変曲点をガラス転移温度(℃)とした。
<実施例1>
 アンカー翼を備えた内容積2100mLのステンレス製耐圧反応器を脱気した後、イオン交換水の900g、COCFCFOCFCOONHの30%溶液の60g、POAVE1の123g、リン酸水素二ナトリウム・12水和物の1.6g、1,4-ジヨードペルフルオロブタンの0.57gを仕込み、気相を窒素置換した。アンカー翼を用いて600rpmの速度で撹拌しながら、内温を80℃になってからTFEの15g、PMVEの38gを容器内に圧入した。反応器内圧は0.5MPaであった。過硫酸アンモニウムの2.5質量%水溶液の5mlを添加し、重合を開始した。
 なお、重合開始前に圧入するモノマー(以下、「初期モノマー」と略す。)の添加比をモル比で表すと、TFE:PMVE:POAVE1=25:38:37である(表1参照)。
 重合の進行に伴い、反応器内圧が0.45MPaに低下した時点でTFEを圧入し、反応器内圧を0.5MPaに昇圧させた。これを繰り返し、TFEの8gを圧入する毎にPOAVE1の7.5gも圧入した。また、TFEの16gを圧入する毎にPMVEの7gも圧入した。
 TFEの総添加量が64gとなった時点で、重合開始後に圧入するモノマー(以下、「後添加モノマー」と略す。)の添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、ペルフルオロエラストマーを含むラテックスを得た。
 なお、重合時間は4.5時間であった。
 また、後添加モノマーの総添加質量は、TFEが64g、PMVEが28g、POAVE1が90gであり、これをモル比に換算すると、TFE:PMVE:POAVE1=66:17:17であった(表1参照)。
 ラテックスを硫酸アルミニウムカリウムの5質量%水溶液に添加して、ペルフルオロエラストマーを凝集、分離した。ペルフルオロエラストマーを濾過し、超純水により洗浄し、50℃で真空乾燥させ、白色のペルフルオロエラストマーの154gを得た。
<実施例2>
 POAVE1の代わりにPOAVE2を用い、初期モノマー及び後添加モノマーの添加比(モル比)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、白色のペルフルオロエラストマーの232gを得た。
 なお、重合時間は4.4時間であった。
<実施例3>
 POAVE1の代わりにPOAVE3を用い、初期モノマー及び後添加モノマーの添加比(モル比)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、白色のペルフルオロエラストマーの132gを得た。
 なお、重合時間は4.4時間であった。
<実施例4>
 POAVE1の代わりにPOAVE3を用い、初期モノマー及び後添加モノマーの添加比(モル比)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、白色のペルフルオロエラストマーの160gを得た。
 なお、重合時間は4.5時間であった。
<比較例1>
 POAVE1の代わりにCF=CFOCFCFCFOCF(以下、「POAVE4」という。)を用い、初期モノマー及び後添加モノマーの添加比(モル比)を表1に示すように変更した以外は、実施例1と同様にして、白色のペルフルオロエラストマーの224gを得た。
 なお、重合時間は4.4時間であった。
<比較例2>
 アンカー翼を備えた内容積2100mLのステンレス製耐圧反応器を脱気した後、イオン交換水の900g、COCFCFOCFCOONHの30%溶液の60g、リン酸水素二ナトリウム・12水和物の1.6g、1,4-ジヨード-パーフルオロブタンの0.57gを仕込み、気相を窒素置換した。アンカー翼を用いて600rpmの速度で撹拌しながら、内温を80℃になってからTFEの11g、PMVEの53gを容器内に圧入した。反応器内圧は0.5MPaであった。過硫酸アンモニウムの2.5質量%水溶液の5mlを添加し、重合を開始した。
 なお、初期モノマーの添加比をモル比で表すと、TFE:PMVE=26:74である(表1参照)。
 重合の進行に伴い、反応器内圧が0.45MPaに低下した時点でTFEを圧入し、反応器内圧を0.5MPaに昇圧させた。これを繰り返し、TFEの8g圧入毎にPMVEの7gを圧入した。TFEの総添加量が64gとなった時点で、後添加モノマーの添加を停止し、反応器内温を10℃に冷却させ、重合反応を停止させ、ペルフルオロエラストマーを含むラテックスを得た。
 なお、重合時間は6.5時間であった。
 また、後添加モノマーの総添加質量は、TFEが100g、PMVEが85gであり、これをモル比に換算すると、TFE:PMVE=66:34である(表1参照)。
 以降の手順は実施例1と同様に行い、白色のペルフルオロエラストマーの185gを得た。
 上述の実施例1~4及び比較例1,2について、用いたモノマーの種類及び添加比、並びに評価結果を、表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 以上の結果、前記式(2)で表されるPOAVEに属しないPOAVE4に基づく構成単位を有する比較例1のペルフルオロエラストマーは、ゲル状になり、引張強さ、破断伸び、及びガラス転移温度を測定できなかった。
 また、前記式(2)で表されるPOAVEに属するPOAVE1~3に基づく構成単位(c)を有する実施例1~4のペルフルオロエラストマーは、該構成単位(c)を有しない比較例2に比べ、引張強さが低く、破断伸びが高く、ガラス転移温度が低かった。
 本発明のペルフルオロエラストマーは、通常のゴム製品に用いることができるが、低温特性に優れていることから、特に、低温環境下で使用されるOリング、シートガスケット、オイルシール、ダイヤフラム、V-リング等に好適に用いることができる。また、半導体装置用シール材、耐薬品性シール材、塗料、電線被覆材等にも好適に用いることができる。
 なお、2013年11月26日に出願された日本特許出願2013-243731号の明細書、特許請求の範囲、要約書の全内容をここに引用し、本発明の明細書の開示として、取り入れるものである。

Claims (10)

  1.  テトラフルオロエチレンに基づく構成単位(a)、下記式(1)で表わされるペルフルオロアルキルビニルエーテルに基づく構成単位(b)、及び下記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルに基づく構成単位(c)を有することを特徴とするペルフルオロエラストマー。
     CF=CFORf1 ・・・(1)
    [前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
     CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
    [前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
  2.  構成単位(a)、構成単位(b)及び構成単位(c)の合計モル数に対して、構成単位(a)の含有量が40~70モル%であり、構成単位(b)の含有量が3~57モル%であり、構成単位(c)の含有量が3~57モル%である、請求項1に記載のペルフルオロエラストマー。
  3.  前記式(2)において、Rf2が炭素数1~3の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、n=0のときm=3又は4、n=1のときm=2~4、n=2又は3のときm=0、である請求項1又は2に記載のペルフルオロエラストマー。
  4.  前記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルが、CF=CFOCFCFOCFOCFOCFOCFOCF、CF=CFOCFCFOCFOCFOCF、及びCF=CFOCFCFOCFCFOCFCFからなる群から選択される1種以上である、請求項1~3のいずれか一項に記載のペルフルオロエラストマー。
  5.  請求項1~4のいずれか一項に記載のペルフルオロエラストマー及び架橋剤を含有するペルフルオロエラストマー組成物。
  6.  請求項1~4のいずれか一項に記載のペルフルオロエラストマー又は請求項5に記載のペルフルオロエラストマー組成物を架橋してなる架橋ゴム物品。
  7.  ラジカル重合開始剤の存在下で、原料としてテトラフルオロエチレンと下記式(1)で表わされるペルフルオロアルキルビニルエーテルと下記式(2)で表わされるペルフルオロオキサアルキルビニルエーテルとをラジカル共重合させる工程を有する、ペルフルオロエラストマーの製造方法。
     CF=CFORf1 ・・・(1)
    [前記式(1)中、Rf1は炭素数1~10の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基である。]
     CF=CF(OCFCF-(OCF-ORf2 ・・・(2)
    [前記式(2)中、Rf2は炭素数1~4の直鎖状又は分岐状のペルフルオロアルキル基であり、nは0~3の整数であり、mは0~4の整数であり、(n+m)は1~7の整数である。]
  8.  前記ラジカル共重合は、Rf4(Rf4は炭素数1~16の直鎖状又は分岐状のポリフルオロアルキレン基である。)で表わされる連鎖移動剤の存在下で行われる、請求項7に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
  9.  前記ラジカル共重合が、水性媒体及び乳化剤の存在下で行われる乳化重合である、請求項7又は8に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
  10.  前記連鎖移動剤が、1,4-ジヨードペルフルオロブタンである、請求項8又は9に記載のペルフルオロエラストマーの製造方法。
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